Vor ungefähr 10 Jahren stieß ich auf eine Reihe von Studien, in denen ein Gerät verwendet wurde, mit dem man sehen konnte, was sich im Untergrund befand - Georadar. Eine Woche lang konnte ich mich nicht losreißen, ich sah mir eine große Menge Videomaterial an, ich erinnere mich an den Namen des von den Forschern verwendeten Geräts - das LOZA GPR. Im Folgenden finden Sie ein Beispiel für eine Studie in Sacsayhuamana (Peru), in der unterirdische Krypten, Gruben und eine in der Tiefe liegende Platte gefunden wurden. Außerdem kann davon ausgegangen werden, dass ein schalenförmiger Boden einmal aufgefüllt wurde.
Mein erster Gedanke war: „Wow, das ist cool! So finden Sie viele interessante Dinge im Untergrund. Und es gibt keinen anderen Weg! " Dies war der Beginn meines Interesses an diesem Gerät. Es wurde schnell klar, dass es ein paar Millionen Rubel kostete, das heißt, nicht jeder kann es sich leisten. Ich begann zu überlegen, wie ich ein solches Gerät selbst herstellen könnte.
Aus den Informationen im Internet habe ich eine Vorstellung davon bekommen, wie das Gerät funktioniert. Es gibt einen Sender und einen Empfänger. Der Sender sendet einen sehr starken elektromagnetischen Impuls im Nanosekundenbereich von mehreren zehn Kilovolt tief in die Erde.
An den Stellen, an denen sich die Dielektrizitätskonstante des Mediums ändert, dh die Art des Bodens, sein Feuchtigkeitsgehalt oder ein Fremdkörper, ein Luftraum, wird ein Teil dieses Signals zurückreflektiert. Ein anderer Teil des Signals geht weiter, tiefer und wird von einer nächsten Schicht oder einem Objekt reflektiert.
Verschiedene Quellen haben betont, dass in GPR sogenannte Widerstandsantennen (Resistantennen) verwendet werden. Dies sind spezielle Antennen, die kein "Klingeln" haben - sie schwingen nicht mit. Eine herkömmliche Antenne (Fig. 1) schwingt mit ihrer eigenen Betriebsfrequenz mit (beginnt zu vibrieren). Ihre eigenen Schwingungen erlauben es ihr nicht, die nützlichen Signale, die zu diesem Zeitpunkt kommen, qualitativ wahrzunehmen. Die von einer Widerstandsantenne gesendeten Impulse unterscheiden sich vom klassischen Funkimpuls durch das Fehlen einer Trägerfrequenz - es werden asymmetrische Kurzimpulse erhalten (Abb. 2). Wenn ein Impuls von einem Medium mit einer höheren Dielektrizitätskonstante reflektiert wird, wird er invertiert (Abb. 3). Ich begann herauszufinden, wie man solche Antennen herstellt.
Das Gerät selbst versprach auch Investitionen: „Dieses Gerät ist so teuer, weil es wahrscheinlich teure Ultrahochgeschwindigkeits-ADCs gibt, mit denen die Signalamplitude sehr schnell und genau gemessen werden kann - das sind bereits mehrere tausend Dollar. ganz zu schweigen von einem leistungsstarken Prozessor “, dachte ich.
Stellen Sie sich vor, dass leistungsstarke 10-Kilovolt-Impulse mit einer Dauer von 1 Nanosekunde aufeinander folgen und wiederholt abprallen. Die Hauptaufgabe besteht darin, alle zum Empfänger kommenden Informationen schnell zu digitalisieren (von einem analogen Signal in "verständlich" in Elektronik umzuwandeln, Symbole für die weitere Verarbeitung möglich - Nullen und Einsen), zu analysieren und aufzuzeichnen. Und das sind Gigabyte an Nullen und Einsen pro Sekunde in einem kontinuierlichen Strom.
„Ich implementiere dieses Gerät zunächst auf Komparatoren. Bloße Pfennige und mehrfache Preissenkungen “- entschied ich. Ein Komparator ist eine sehr einfache elektronische Schaltung, deren einziger Zweck darin besteht, zwei eingehende analoge Signale zu vergleichen. Es gibt 0 oder 1 am Ausgang aus, je nachdem, welche der beiden eingehenden Spannungen größer ist. Das heißt, ein Komparator ist ein 1-Bit-Analog-Digital-Wandler (ADC), mit dem Sie eine binäre Wellenform aufzeichnen können. Um jedoch die volle Amplitude eines einzelnen Erdungsrücklaufimpulses zu rekonstruieren, sind Hunderte solcher Vergleiche mit unterschiedlichen Komparatorschwellen erforderlich. Meine Super-Budget-Lösung konnte sich nicht mit Geschwindigkeit und Effizienz rühmen.
Im Allgemeinen dachte ich langsam über die Ansätze zur Implementierung des Geräts nach, bis ich Vladimir Zubov traf und ernsthaft mit dem Reverse Engineering des DNA-Sequenzers begann, über den ich später einen Artikel auf habr.com veröffentlichte . Während dieser ganzen Zeit verfolgte ich die GPR-Forschung weiterhin mit Interesse, aber es blieb nicht genug Zeit für alles. Stellen Sie sich meine Überraschung vor, als mich eine Kette zufälliger Ereignisse von einer ganz anderen Seite zum selben Punkt führte.
Vor drei oder vier Jahren bin ich in die Nähe von Troitsk gezogen. In diesem Moment veröffentlichte ich
einen Artikel über den Sequenzer. Ich saß da und sortierte die eingehenden Nachrichten. Jonathan Rothberg selbst
bot mir ein Start-up an, aber etwas ging schief, es gab viele andere zeitaufwändige eingehende Nachrichten - im Allgemeinen war ich völlig in die Konsequenzen der Veröffentlichung vertieft. Nicht weit von unserem Haus auf dem Feld gab es riesige Antennen an Masten (na ja, sehr gesunde), wir fuhren oft mit einem Quadrocopter dorthin. Ich interessierte mich für sie, fing an, "große Antennen, Troitsk" zu googeln, stieß auf die Website
rk3b.ru mit dem faszinierenden Namen "School Space Communication Center", rief dort an und bat um Besuch - den Funkamateur selbst.
So lernte ich Alexander Nikolaevich Zaitsev kennen, den angesehensten Leiter dieses Zentrums. Es stellte sich heraus, dass er seit vielen Jahren die Magnetosphäre der Erde in IZMIRAN studierte und gleichzeitig den gesamten wissenschaftlichen Beau Monde von Troitsk kannte. Wir haben unter anderem über mein Interesse an GPR gesprochen. Alexander Nikolaevich wiederum erzählte mir von den Antennen auf dem Feld. Sie erwiesen sich als reine Amateure: Der bekannte Funkamateur V.N.Komarov, der gleichzeitig ein erfolgreicher Unternehmer war, stellte ein Team von HF-Kommunikationsbegeisterten zusammen, schuf mit seinem eigenen Geld ein Supercenter und solche Antennen, die sie zu den besten in der Luft machten. Die Bestätigung dafür ist der erste Platz im Wettbewerb um die HF-Weltmeisterschaft.
Und nach einer Weile stellte mich A. Zaitsev Leuten von VNIISMI Company LLC vor, die (Überraschung! :) in der LOZA GPR engagiert waren. Ich traf mich mit P. Morozov und A. Berkut, die es leiteten. Sie haben mich gerne angenommen und wir haben uns in vielerlei Hinsicht verstanden. Stellen Sie sich mein Erstaunen vor, als sie sagten, dass ihr Gerät, das LOZA GPR, das in der Grundkonfiguration zu einem Preis von 25.000 US-Dollar verkauft wird, mit Komparatoren funktioniert. Und sie träumten nur sehr lange davon, ein Gerät auf einem Analog-Digital-Wandler (ADC) herzustellen, mit dem das Gerät schnell arbeiten kann. Und dass die Versuche anders waren, aber sie nicht mit Erfolg gekrönt waren. Im Allgemeinen bekundeten sie ihr volles Interesse an der Entwicklung.
Anschließend erhielt ich vollständige Informationen über die Funktionsweise des LOZA Georadar. Es gab wirklich nichts als Komparatoren und ein paar Mikroschaltungen, von denen die besten jedoch vor 20 Jahren die fortschrittlichsten in der FPGA-Familie waren. Die Hauptbeschwerde von VNIISMI über sein Gerät wurde deutlich: Ich hatte es satt, den Knopf mit dem Finger zu drücken. Was ist die Arbeit an Komparatoren? Für eine Messung (Messung an einem Punkt) müssen nacheinander 128 Impulse an den Boden gesendet werden, was je nach Sender zwischen Sekunden und 2 Minuten dauert. Das heißt, das Gerät arbeitet nach dem Prinzip: Drücken Sie die Taste, stehen Sie und warten Sie, bewegen Sie das Gerät um 10 cm weiter entlang des Maßbandes (das Maßband ist wirklich auf dem Boden verteilt, um sich in Schritten von 10 cm zu bewegen) und so weiter. Können Sie sich die Geschwindigkeit solcher Arbeiten vorstellen? Übrigens ist die Steuereinheit oder der Computer über ein Kabel mit dem Sender verbunden.Daher sind für die Dreharbeiten mindestens 2 Personen erforderlich: derjenige, der den Georadar bewegt, und der Bediener, der ihm auf einem Draht folgt.
Ich hatte auch die Gelegenheit, verschiedene bodendurchdringende Radargeräte zu untersuchen - serielle Geräte und Prototypen verschiedener Hersteller und Entwickler.
Zum Beispiel wiegt diese große schwere Kiste ungefähr 5 Kilogramm; Im Inneren befindet sich ein ADC für 1800 Megasamples pro Sekunde, jede Platine in einem separaten Gehäuse und mit einem separaten Bildschirm - aufgrund des hohen Übergewichts und der großen Abmessungen war die Verwendung des Prototyps im Prinzip unmöglich. er hat nicht gearbeitet.
Ein anderer Prototyp war erfolgreicher, aber das Problem war, dass die Einrichtung sehr lange dauerte. manchmal ließ es sich nicht einschalten, es stürzte ab. Im Allgemeinen ist eines der Probleme eines GPR die Notwendigkeit, in einem sehr großen Dynamikbereich zu arbeiten. Der Impuls, der beim Durchgang in den Untergrund gesendet wird, lässt sehr schnell nach. Um sowohl die erste Antwort dieses Impulses als auch die Antwort zu sehen, die tief vom Boden kam, werden Verstärker und ADCs benötigt, die sowohl sehr starke als auch sehr, sehr schwache Signale empfangen und unterscheiden können. Diese Amplitude wird als Dynamikbereich bezeichnet. In diesem Prototyp wurde hierfür ein Zweikanalverstärker verwendet - ein Verstärkerkanal arbeitete mit starken Signalen und der andere mit schwachen. Das heißt, es gab zwei Digitalisierungskanäle, die übrigens in keiner Weise zusammengeführt werden konnten. Durch Einstellen der VerstärkungDas Gerät konnte bis zu einer gewissen Tiefe eingestellt werden und darin sah er etwas. Aber nicht höher, nicht niedriger als ein bestimmtes Niveau, er hat es nicht gesehen, bis Sie es auf andere Parameter umkonfiguriert haben. Darüber hinaus hatte der Prototyp eine sehr hohe Störempfindlichkeit.
Also fing ich an, mein eigenes leistungsstarkes Hochgeschwindigkeitsgerät zu entwickeln. Die Arbeit war enorm, aber es gab gute Nachrichten: Ein Teil der Arbeit war bereits erledigt - als Grundlage habe ich die Elektronik genommen, die ich (ta-dam! .. :) für den DNA-Sequenzer entwickelt habe.
Die Arbeit am GPR und am Softwarepaket dauerte ungefähr ein Jahr. Ich habe nicht nur Vollautomatisierung, hohe Geschwindigkeiten und die Möglichkeit zur Steuerung des GPR von jedem Gerät aus erreicht, sondern auch einen universellen Kern für jedes High-Tech-Projekt geschaffen: System auf einem Modul (Zturn) → System auf Zynq-Kristall → FPGA + CPU + Linux + Django + WebSockets + Javascript ... Ich werde die Intrige jedoch verlassen. Um den Leser nicht zu ermüden, stelle ich den technischen Teil in einem separaten Artikel vor.
Das von mir entwickelte Gerät besteht aus 2 Geräten - einem Sender und einem Empfänger mit jeweils einer eigenen Antenne. Jetzt betragen die Abmessungen der Geräte 22,2 x 14,6 x 5,5 cm. In der nächsten Charge ist geplant, die Abmessungen weiter zu reduzieren. Für die Forschung in geringen Tiefen werden Standard-Messantennen verwendet. Je nach Länge und Leistung der Antennen kann die Schalltiefe auf günstigen Böden mehrere hundert Meter erreichen. Zum Bewegen des GPR können ein Handträger, eine Plattform auf Rädern, faltbare / flexible, tief klingende Antennen mit Sitzen für Empfänger und Sender verwendet werden. für besondere Aufgaben können mit anderen Bewegungsmitteln erstellt werden (z. B. aufblasbar - zur Untersuchung von Unterwasserobjekten).
Eine Plattform mit einem Georadar kann an einem Fahrzeug befestigt werden. Der Georadar kann automatisch mit Geschwindigkeiten von bis zu 40 km / h vermessen (was wir getestet haben, ist wahrscheinlich mehr). Die Bewegung des Geräts wird mit einem Radsensor und GPS aufgezeichnet. Alle Prozesse sind automatisiert, das Gerät ist einfach zu bedienen, erfordert keinen zusätzlichen Bediener und eine Person kann die Aufnahme übernehmen. Prioritäten: Leistung, Kompaktheit, Leichtigkeit, passive Kühlung, die Möglichkeit, mit unterschiedlichen Bewegungsmitteln und Antennen mit unterschiedlicher Leistung abzuschließen. Diese beiden kleinen Kisten können das Herz eines GPR-Komplexes jeder Macht werden. Weitere Bohrung, Spezifikation:
• Frequenzbereich (MHz) 1-300
• 1000 ( 36 / 1 )
• : ,
• 5
• 1
• : 1GSPS (1)
• 16
•
• 120
• ( ) 16000
•
• 64
• : , ( ), GPS,
• wifi . web , PC
• 4 , (+12 )
•
• 222 146 55 mm ( 2)
• 100Mhz (1,5), 200MHz (1). 10MHz (10), 25Mhz (6), 50Mhz (3) ( , ). – . , / . , , 500 .
Das Georadar ist sofort einsatzbereit. Nach dem Drücken der Taste "ON" beginnt das Georadar mit der Vermessung und Aufzeichnung aller Daten im internen Speicher. Es kann völlig autonom arbeiten, ohne einen Bediener daran anzuschließen.
Das Gerät verteilt WLAN. Sie können von jedem Computer, Tablet oder Telefon über einen Webbrowser eine Verbindung herstellen. Sie werden zu einem Programm weitergeleitet, mit dem Sie das Gerät steuern, Einstellungen ändern und den aktuellen Titel anzeigen können. Die oberste Zeile der Benutzeroberfläche enthält verschiedene Status, die es ermöglichen, zu verstehen, was gerade passiert: Batteriespannung, Temperatur am Prozessor, Zeit, Betriebszeit, GPS-Daten. Unten finden Sie Registerkarten und Schaltflächen zum Einstellen von Triggern, Offsets, logarithmischer Skalierung, Zoom und Betriebsmodi.
Das Gerät kann eine Messung durch Drücken einer Taste oder nach Zeit, beispielsweise alle 0,3 Sekunden, durchführen, oder die Messungen können mit dem Betrieb des Rads synchronisiert werden, beispielsweise wird jede Viertelumdrehung eines Rades ausgelöst, dh der Sender sendet einen Impuls und der Empfänger empfängt ihn und schreibt auf. Der letztere Modus ist sehr praktisch, da Sie beispielsweise die Plattform mit dem GPR an die Maschine binden und unabhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit einheitliche Messungen durchführen können.
Der erste Start erfolgte gemeinsam mit Vertretern von VNIISMI auf einer im Bau befindlichen Asphaltstraße im Südwesten von Moskau. So sah die Installation meines Geräts aus: 2 Antennen auf der Plattform so nah wie möglich am Boden, die weiße Box ist der Sender, die schwarze ist der Empfänger.
Im Voraus wurde ein Ort ausgewählt, an dem die Kommunikation an verschiedenen Stellen im Untergrund stattfand. Der Plan war, solche Punkte zuerst mit dem Loza-Gerät zu bestimmen und dann mit meinem Gerät an derselben Stelle zu suchen. Während VNIISMI mein Gerät anpasste, landete ich eine halbe Umdrehung und fuhr, und ich sah alles. Hier ist das erste Bild von meinem Gerät. Wir näherten uns den Arbeitern, die zu dieser Zeit dort eine Straße bauten, und überprüften die Ergebnisse unserer Umfragen mit den Kommunikationskarten, die sie hatten - alles stimmte überein, es gab wirklich Kunststoffrohre mit 200 Durchmesser in einer Tiefe von 2 m. Es war ein Erfolg.
Das Bild unten zeigt ein Stück des gleichen Filmmaterials einer im Bau befindlichen Straße. Rechts sehen Sie einen zappelnden Balken - dies ist ein Pulsoszillogramm. Die kleine Spitze oben ist der vom Sender erzeugte Impuls, und alles, was darunter liegt, kommt aus allen Richtungen, aber meistens aus dem Untergrund, zum Empfänger. Das große Farbbild neben dem Impulsoszillogramm ist ein Satz solcher Spalten, dh jede Pixelspalte ist 1 Impuls, nur hier wird die Amplitude in Farbe umgewandelt. Der rote Balken oben im Farbbild befindet sich in Bodennähe. Weiter geht der Impuls in den Boden und unten sehen wir alles, was reflektiert wird und zum Empfänger fliegt. Die kleinen blau-roten Unebenheiten direkt unter dem zweiten roten Streifen sind die Schnittpunkte der Antennenmuster mit punktförmigen Rohrobjekten. Das heißt, an den Stellen, an denen wir in Bewegungsrichtung des Geräts Rohre kreuzen,Rohre geben ein solches Radiobild und an einigen Stellen können Sie zwei Rohre sehen, wenn Sie hineinzoomen.
Auch hier sehen Sie große unscharfe Parabeln, die bis zum Ende des Bildes reichen - dies sind Reflexionen entlang des Luftkanals von verschiedenen Objekten, in diesem Fall Stromleitungen, die in der Nähe standen. Meiner Meinung nach ist dies ein großes Problem, das in den mir bekannten Entwicklungen noch keine Lösung gefunden hat. Informationen über Reflexionen außerhalb der untersuchten Umgebung sind eindeutig überflüssig, lenken die Aufmerksamkeit ab und beeinträchtigen die Interpretation des Nutzsignals, da ständig die Umgebung analysiert und entschieden werden muss, ob diese Reflexion aus dem Untergrund oder aus der Luft stammt. Daher ist geplant, Software und Hardware zu verwenden, um Reflexionen in der Luft zu minimieren.
Hier auf diesem Bild - ein Bach, der beim Bau der Straße begraben wurde; Der Kanal ist in einer Tiefe von ca. 2 Metern zu sehen. Unten in diesem Abschnitt gab es auch große Parabeln - Reflexionen von den Lichtmasten entlang der Straße.
In der Nähe meines Hauses gibt es einen Fluss Neznayka mit einer sehr interessanten Geologie, in der alles wie in einem Lehrbuch aussieht: Es gibt ein altes Flussbett, quaternäre Ablagerungen, Schwemmland, Flussterrassen. Auch dort haben wir mit den Jungs von VNIISMI die Arbeit verschiedener Georadare getestet, verglichen und verglichen. Hier am Ende sehen Sie das alte Flussbett, und die großen grünen Parabeln spiegeln den Zaun des Nachbardorfes auf Metallpfosten wider.
Wie Sie sehen können, wird nur eine Person, die bereits mit den Prinzipien der Interpretation solcher Bilder vertraut ist, sofort feststellen, dass es sich um ein Flussbett handelt, und dies ist ein Spiegelbild eines Zauns. Die Form der Datenausgabe schränkt daher den Personenkreis, der problemlos mit GPR arbeiten kann, erheblich ein. Und hier gibt es meiner Meinung nach eine sehr interessante Aufgabe - diese Daten in ein Bild zu übersetzen, das jeder Benutzer verstehen kann. Diese Aufgabe kann mithilfe künstlicher Intelligenz (neuronale Netze) erfüllt werden, die trainiert werden kann, um die realen Konturen von Objekten zu markieren, zu kennzeichnen und ihren Zweck und ihre Eigenschaften anzunehmen. Volumetrische Konstruktionen werden auch dazu beitragen, das Problem unlesbarer Daten zu lösen, aber dazu später mehr.
Das Bild unten zeigt ein sehr interessantes Relief (gedreht am 22. Juli 2020 in der Region Ivanovo, Dorf Kalinkino): Es ist eine längliche Struktur sichtbar - höchstwahrscheinlich eine Sandschicht oder eine andere, weniger dichte Schicht als der in unserer Region vorherrschende Lehm und Boden. Ich habe die Idee, die Identifizierung von Schichten vollständig zu automatisieren. Wie wir oben definiert haben, wird die Welle von den Stellen reflektiert, an denen sich die Dielektrizitätskonstante des Mediums ändert. Wir können die Geschwindigkeit des Impulses auf der einen oder anderen Schicht dieses Bildes messen und die Zusammensetzung der Umgebung und / oder den Grad ihrer Feuchtigkeit annehmen.
Ende des Sommers gelang es mir, eine archäologische Expedition in der Nähe von Rjasan in der Nähe des Dorfes Terekhovo im Bezirk Shilovsky zum Standort eines Lagers / einer Siedlung aus dem 5. Jahrhundert zu unternehmen. Dort, an der Konvergenz zweier Flüsse, gibt es einen mit Bäumen bewachsenen Hügel - es gibt zahlreiche Beweise dafür, dass es im fünften Jahrhundert eine Siedlung gab. Wir begannen mit einem Georadar dorthin zu laufen - im ersten Bild unser GPS-Track. In der Mitte wuchsen die Bäume sehr dicht, wir konnten am Rand entlang gehen, es gab weniger Bäume weiter und wir gingen alle ziemlich dicht. Ich hatte die Gelegenheit, ein Programm zu verwenden, das als Programm angekündigt wurde, mit dem Sie ein 3D-Modell aus linearen Durchdringungen erstellen können. Archäologen erwarteten ein solches Ergebnis von mir - "wir werden bauen und klar sehen, was wo begraben ist". Es ist am besten, solche Konstruktionen aus gut (dicht) gepflegten Bereichen herzustellen.Ich lud den Bereich mit den dichtesten Durchgängen in das Programm und ging in den 3D-Modus - das Programm baute ein Feld von Farbbalken auf, die nach oben und unten "gezogen" werden konnten, änderte die Einstellungen, ich sah keine weiteren Möglichkeiten - nach Rücksprache stellte ich fest, dass das Programm nur Pseudo erstellt 3D.
Stellen wir uns vor, wir haben einige Säulen, von denen wir wissen, wo sich das Bodenradar von oben bewegt hat, und wir wissen, dass es an diesem Punkt vertikal unten ist. Die nächste Aufgabe besteht darin, die fehlenden Spalten durch Annäherung zu vervollständigen, wie es das Programm getan hat. Aber sie hat es mit einem Gitter entlang 2 Achsen kitschig gemacht. Infolge dieser Konstruktion entstehen verschiedene Artefakte - kreuzförmig, aus horizontalen und vertikalen Linien. Wenn wir einen Schnitt einer 3D-Ebene aufnehmen, erhalten wir ein Farbbild aus einem Spaltenabschnitt, den das Programm je nach Signalamplitude einfach nach oben oder unten zieht.
Eine echte 3D-Konstruktion ist etwas komplizierter: Aus Punkten, die physisch in unterschiedlichen Tiefen aufgenommen wurden, müssen wir bestimmte Ebenen identifizieren, Ebenen von einer zur anderen übergehen und dann über die Benutzeroberfläche einzelne Ebenen auswählen, die angezeigt werden sollen.
Das Erstellen eines Volumenmodells ist im Allgemeinen eine separate, sehr interessante Aufgabe. Jetzt denke ich über die Idee nach, eine Antenne mit einem Sender und zwei Antennen mit Empfängern zu verwenden, die voneinander beabstandet sind, dh zwei Empfänger. Es stellt sich eine Art Phased-Array-Antenne heraus. An dem Zeitpunkt, an dem sich das Signal ausbreitet, genauer an der Zeitdifferenz, die es vom ersten und zweiten Empfänger empfangen hat, können Sie den genauen Ort bestimmen, an dem dieses Signal reflektiert wurde. So können wir in einer Messung, bei der ein einzelner Impuls gemessen wird, sofort ein Bild in einer 2D-Ebene erstellen. Herkömmliches Radar verwendet Trägerfrequenzen, Fourier-Transformationen, Sinus- und Cosinus-Plotten. In diesem Fall wird eine ausgezeichnete Mathematik verwendet:Basierend auf den Daten zur Reflexion eines einzelnen Nanosekundenpulses machen wir eine Faltung und berechnen dann mit welcher Wahrscheinlichkeit, woher dieser Puls kam. Diese Idee befindet sich derzeit in der Phase des Schreibens von Software, die es ermöglicht, unmittelbar während des Durchgangs ein 3D-Bild zu simulieren und die Durchgangsgeschwindigkeit eines Impulses in Schichten zu messen, wodurch wir sofort die Zusammensetzung und Qualität der Medien annehmen können.
Wo kann GPR eingesetzt werden?
Die obersten Schichten unter der Erdoberfläche werden als "kulturelle Schicht" bezeichnet - dies ist Archäologie, einzelne Objekte, Fundamente von Gebäuden sind perfekt sichtbar, sogar gegraben und sobald Gruben sichtbar sind. So gibt es ein sehr interessantes Problem, das beispielsweise mit der Sahara verbunden ist. Die Sahara wächst und viele Archäologen sind sich einig, dass Städte und Gebäude unter ihrem Sand begraben sind. In den Tagen Ägyptens gab es eine Savanne, Flüsse flossen, Tiere lebten. GPR kann alles bis zum Boden scannen und dort Gebäude und Siedlungen finden. Dies ist tatsächlich das einzige Gerät, das dies tun kann.
Die Scantiefe hängt übrigens von der Dichte und Art des Bodens, seiner Mineralisierung und seinem Feuchtigkeitsgehalt ab. Sand ist der Boden, in dem der GPR am tiefsten sieht. Das zweite Medium, das für GPR sehr durchlässig ist, ist Eis. So kann GPR zur Untergrundsondierung von Gewässern verwendet werden. In Salzwasser ist die Sondierungstiefe geringer, in Süßwasser ist sie tiefer und die tiefste Sondierung kann in Eis erfolgen.
Eine weitere Anwendung von GPR ist die Suche nach unterirdischen Versorgungsunternehmen, Rohren, Durchgängen und Tunneln. Die Qualität des Straßenbaus kann sehr effektiv kontrolliert werden - wie dick der Sanduntergrund verlegt wurde, ob der Asphalt gleichmäßig verlegt wurde. Sie können auch den Zustand der Fundamente und Wände von Gebäuden überprüfen. Es ist möglich, den Zustand der Fahrbahn während des Betriebs zu überwachen, um rechtzeitig Maßnahmen zu ergreifen, falls die Straße untergraben oder Karsthöhlen gebildet werden, obwohl dies noch nicht zu einem Ausfall geführt hat. Erosion tritt unter den Fundamenten von Gebäuden und Bauwerken auf. Der Grund für die Ölpest in Norilsk war also, dass das Fundament des Öllagers untergraben wurde. Regelmäßige Überprüfungen solcher Objekte würden dazu beitragen, solche Katastrophen erfolgreich zu verhindern.
Geologie. Bei Georadar-Untersuchungen sind die Grenzen von Flüssen und Kalksteinaufschlüssen, an denen sich die Gesteinsschichten befinden, deutlich sichtbare Kimberlitrohre und Moränen. Durch indirekte Indikatoren kann das Grundwasser bestimmt werden. Wasser sickert also nach unten, bis es auf eine Schicht trifft, durch die es nicht sickern kann, und sammelt sich am Rand der Schichten im Tiefland an. Es ist auch möglich, Schlammströme und Erdrutsche vorherzusagen und zu verhindern. GPR kann bei der Mineralexploration, einschließlich Bohrungen, nützlich sein.
Im Dezember 2020 wurde die Basisversion des Geräts erfolgreich getestet und zertifiziert. Das Bodenradar wurde GEORA genannt.
Die erste kleine Charge wird für die Freigabe vorbereitet. Ziel ist es, eine breitere Erfahrung im praktischen Gebrauch zu sammeln und auf der Grundlage dieser Erfahrung Möglichkeiten zur Verbesserung der Benutzerfreundlichkeit und Funktionalität zu ermitteln. Die zweite Aufgabe besteht darin, eine Software der nächsten Generation zu erstellen, die die Datenanalyse auch für unvorbereitete Benutzer visuell und bequem macht.
Zwei Versionen sind für die breite Veröffentlichung geplant: für den privaten Gebrauch und für den kommerziellen Gebrauch. Es ist möglich, Geräte und Software für jede Aufgabe anzupassen.
Das globale Ziel ist es, Georadar zu einer massiveren Sache zu machen, die für eine Person, die sich für Geschichte und Archäologie interessiert, erschwinglich ist. Verfügbar für einzelne Unternehmer, die in den Bereichen Design, Konstruktion, Fachwissen und Untergrundforschung tätig sind. Die weit verbreitete Akzeptanz des Instruments wird eine Benutzergemeinschaft bilden. Es ist geplant, eine zentralisierte Messdatenbank zu erstellen. Auf Wunsch kann jeder gescannte Daten an den Server senden und diese erstattungsfähig oder kostenlos weitergeben. Darüber hinaus ermöglicht ein größeres Datenarray, das neuronale Netzwerk effektiver zu trainieren, um die Scanergebnisse und die Visualisierung zu interpretieren, die für einen normalen Menschen verständlich sind.
Nun wird der zweite Teil des Artikels mit einer detaillierten Beschreibung des technischen Teils zur Veröffentlichung vorbereitet. Das ist alles für heute, wenn Sie interessiert sind - schreiben, mailen sokolov.labs@gmail.com . Tschüss alle, danke für deine Aufmerksamkeit!